Другой возможностью модуляции излучения в планарных ОВ с помощью дифракционно-решетчатых структур является использование стационарных дифракционных решеток, работающих в режиме неколлинеарной брэгговской дифракции. Модуляция и переключение волноводных пучков в ОВ осуществляется электрооптической отстройкой от резонанса дифрагирующей волноводной моды на решетке.
Как уже отмечалось, быстродействие и ширина полосы интегрально-оптических модуляторов и переключателей света различных типов, использующих электрооптический эффект, в основном определяются конфигурацией и схемой включения электродов. Принято различать модуляторы с электродами в виде сосредоточенной цепи и передающей линии с согласованными импедансами. Все ранее рассмотренные модуляторы относятся к первому типу, и их быстродействие ограничено характерным временем Т. В настоящее время предельная частота модуляции в таких модуляторах на основе LiNbO3 достигает .порядка 1,5 ГГц. Если же использовать передающую линию бегущей волны, то быстродействие и эффективность модуляции определяются частотой модулирующего сигнала и различием фазовых скоростей оптической и модулирующей волн в модуляторе. Кроме того, параметрами модулятора, влияющими на его характеристики, являются: электрооптические коэффициенты кристалла, затухание модулирующей СВЧ-волны и, диэлектрическая проницаемость кристалла на частоте модулирующей волны, от значения которой зависит ее фазовая скорость и волновое сопротивление линии.
Как показывают оценки, применение асимметричных микрополосковых СВЧ-линий бегущей волны позволяет создавать модуляторы на основе LiNbO3 с шириной полосы модуляции до 10...18 ГГц. В основном разрабатываются и исследуются модуляторы бегущей волны трех типов: фазовые на одном полосковом или канальном волноводе, амплитудные на связанных ОВ и модуляторы интерферометрического типа.
Рисунок 10 – а) Фазовый электрооптический волноводный модулятор бегущей волны на канальном ОВ в LiNbO3 б) зависимость волнового сопротивления линии Zв для симметричной (1) и асимметричной (2) копланарных линий и копланарных СВЧ - волноводов (3) от отношения зазора между электродами d к ширине полоскового электрода ω. На рис. 8 а) 1-подложка; 2-копланарная полосковая линия; 3-канальный ОВ; 4 –линия модулирующей волны с волновым сопротивлением Zв ; 5-сопротивление нагрузки .
На рис. 10,а показан фазовый электрооптический волноводный модулятор бегущей волны. Фазовые модуляторы требуют дополнительных устройств при использовании в линиях связи, а модуляторы на связанных ОВ имеют довольно сложную конфигурацию электродов, на которые должны подаваться два независимых модулирующих сигнала. Искажение волновода происходит за счёт акустических волн. Интерферометрические модуляторы бегущей волны наиболее перспективны для волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).
В настоящее время разработаны ИО-модуляторы бегущей волны интерферометрического типа, которые выполнены на основе канальных диффузионных волноводов в монокристалле LiNbO3 Z-среза, пригодны для работы в диапазоне длин волны 1,3 ...1,6мкм и имеют полосу частот модуляции по уровню в 3 дБ до 17 ГГц. Так же разработаны ИО-модуляторы бегущей волны на основе GaAs, которые выполнены пo схеме волноводного интерферометра типа Маха - Цендера на полосковых ОВ и обеспечивают на длину волны 1,15 мкм и глубину модуляции 99% в полосе 6,5 ГГц.
Поверхностные акустические волны (ПАВ) также используются для периодической модуляции показателя преломления ОВ, которая вызывается механическими напряжениями, возникающими при возбуждении ПАВ в планарном волноводе. Из множества известных типов ПАВ в планарных акустооптических устройствах попользуются в основном волны Рэлея, у которых имеются две составляющие деформации: продольная (в направлении распространения волн) и поперечная (в направлении нормали к .поверхности твердого тела). В слоистой структуре фазовая скорость ПАВ при длинах волн, сравнимых с толщиной слоя, зависит от частоты, поэтому ПАВ обладают дисперсией.
Возбуждение ПАВ осуществляется преимущественно пьезопреобразователями, которые представляют собой планарную двухфазную систему встречно-штыревых электродов, нанесенную на поверхность пьезоэлектрика. Такие пьезопрсобразователи достаточно эффективны. Для каждого материала существует оптимальное число пар электродов, .при котором потери минимальны, а полоса частот максимальна.
Модуляторы на основе ПАВ позволяют сконцентрировать энергию упругих волн вблизи поверхности подложки с ОВ, пьезопреобразователи для ПАВ миниатюрны и изготавливаются методами планарной технологии. Поэтому ПАВ широко применяются в интегральной оптике. Тонкопленочные акустооптические устройства дифракционного типа могут также применяться в ОИС для обработки оптических сигналов. Наиболее существенными параметрами в этом случае являются эффективность дифракции, полоса рабочих частот, быстродействие и число разрешимых положений светового пучка.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.